Repositorio Institucional de Documentos

Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar ESTUDIO TECNICO-ECONÓMICO PARA LA INTEGRACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN UNA VIVIENDA UNIFAMILIAR Proyecto realizado por Chema Guerrero Roy Dirigido por Antonia Gil Martínez I.T.I. QUÍMICA Septiembre de 2011 Curso 2010-2011 1 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................4 2 OBJETO DEL PROYECTO.............................................................................................................5 3 DESCRIPCIÓN DE LA VIVIENDA...............................................................................................7 3.1 EMPLAZAMIENTO................................................................................................................7 3.2 DESCRIPCIÓN........................................................................................................................9 3.3 CÁLCULO DE LAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LA VIVIENDA.....................11 3.3.1 EXPLICACIÓN DE LOS CÁLCULOS.........................................................................11 3.3.2 TRANSMITANCIAS TÉRMICAS.................................................................................16 3.3.3 TEMPERATURAS DE ESPACIOS NO HABITABLES...............................................24 3.3.4 PÉRDIDAS DE CALOR POR TRANSMISIÓN...........................................................26 3.3.5 DEMANDA ENERGÉTICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ACS...............................31 4 INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA PRODUCCIÓN DE ACS...............32 4.1 DESCRIPCIÓN......................................................................................................................32 4.2 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN.........................................................................33 4.3 ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN.....................................................................................42 4.4 COMPONENTES...................................................................................................................44 4.4.1 ACUMULADOR............................................................................................................44 4.4.2 CAPTADOR SOLAR.....................................................................................................45 4.4.3 OTROS ELEMENTOS...................................................................................................46 5 INSTALACIÓN DE CALDERA DE BIOMASA..........................................................................47 5.1 DESCRIPCIÓN......................................................................................................................47 5.2 CÁLCULOS...........................................................................................................................49 5.3 ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN.....................................................................................50 5.4 COMPONENTES...................................................................................................................52 5.4.1 CUBREPLACA..............................................................................................................52 5.4.2 PLACA RADIANTE......................................................................................................52 5.4.3 HORNO DE TERRACOTA............................................................................................52 5.4.4 SISTEMA ONDULING..................................................................................................52 5.4.5 HOGAR..........................................................................................................................52 5.4.6 CAJÓN DE CENIZAS....................................................................................................53 5.4.7 VÁLVULA DE HUMOS MANUAL..............................................................................53 5.4.8 INTERCAMBIADOR DE ENFRIAMIENTO...............................................................53 5.4.9 CONJUNTO HIDRÁULICO..........................................................................................53 5.4.10 AISLAMIENTO............................................................................................................54 5.4.11 INTERCAMBIADOR DE PLACAS............................................................................54 5.4.12 PANEL DE MANDOS..................................................................................................55 5.4.13 ANTICONDENSACIÓN..............................................................................................55 5.4.14 CALDOCONTROL......................................................................................................55 6 ESTUDIO ECONÓMICO..............................................................................................................56 6.1 INSTALACIÓN PARA ACS..................................................................................................56 6.1.1 COSTES..........................................................................................................................56 6.1.2 AHORROS......................................................................................................................57 6.2 CALDERA DE BIOMASA....................................................................................................58 6.2.1 COSTES..........................................................................................................................58 6.2.2 AHORROS......................................................................................................................60 7 ANÁLISIS DE RESULTADOS.....................................................................................................61 2 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 8 CONCLUSIONES..........................................................................................................................67 9 ANEXOS........................................................................................................................................69 9.1 NOTACIONES Y UNIDADES..............................................................................................69 9.2 TABLAS.................................................................................................................................73 9.3 FIGURAS...............................................................................................................................76 9.4 BIBLIOGRAFÍA Y NORMATIVA........................................................................................77 9.5 DOCUMENTACIÓN DEL DOMUSA DS-compact Inox 1.150 P........................................79 9.5.1 CERTIFICACIÓN..........................................................................................................79 9.5.2 INSTRUCCIONES DE MONTAJE...............................................................................87 9.5.3 INSTRUCCIONES DE MANTENIMIENTO..............................................................100 9.5.4 GARANTÍA..................................................................................................................101 9.6 DOCUMENTACIÓN DE CALDEA BASE JOLLY-MEC..................................................102 9.6.1 INSTRUCCIONES DE MONTAJE.............................................................................102 9.6.2 INSTRUCCIONES DE FUNCIONAMIENTO............................................................124 9.6.3 INSTRUCCIONES DE MANTENIMIENTO..............................................................142 9.7 PLANOS...............................................................................................................................155 9.7.1 SITUACIÓN.................................................................................................................155 9.7.2 EMPLAZAMIENTO....................................................................................................157 9.7.3 PLANTA DE LA VIVIENDA.......................................................................................159 9.7.4 ALZADOS DE LA VIVIENDA...................................................................................161 3 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 1 INTRODUCCIÓN Ante la actual situación mundial en la que los combustibles fósiles se agotan o la dificultad de su explotación incrementa su precio desorbitadamente y el efecto invernadero que su utilización está provocando, se impone la necesidad de buscar fuentes alternativas de energía. La solución está ante nuestros ojos: las energías renovables. Desde los particulares hasta los organismos supranacionales se están preocupando por el tema y la concienciación ha calado en todos los estratos de la sociedad. Los particulares buscando la opción que se adapte a sus circunstancias socio-económicas de aproximación a las energías renovables: eólica y fotovoltaica para viviendas aisladas de la red, solar térmica y biomasa para las conectadas a la red eléctrica para consumo propio y la fotovoltaica conectada a la red como inversión. Las empresas con sistemas de mejora de rendimientos como la cogeneración o alquilando sus cubiertas para colocar paneles fotovoltaicos. Los gobiernos promoviendo nuevos escenarios energéticos con políticas de ayuda y apoyo, como las plasmadas en el agotado “Plan de Energías Renovables 2005-2010” que va a tener su continuación en el “Plan de Energías Renovables 2011-2020” cuyo borrador está en plazo de información pública y consultas hasta el día 19 del presente mes o el “Plan de Acción de Ahorro y Eficiencia Energética 2011-2020”. Dentro de este contexto se plantea este proyecto en el que un usuario particular se interesa por la posibilidad de sustituir, en todo o en parte, su consumo de energía procedente de combustibles fósiles por renovables. 4 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 2 OBJETO DEL PROYECTO El objeto del presente proyecto es el cálculo de distintas opciones para la integración de energías renovables en una vivienda unifamiliar, actualmente equipada con un sistema de calefacción con caldera de gasoil, su valoración económica y el estudio detallado de cual de las opciones es más conveniente. Las opciones que se han tenido en cuenta en el proyecto han sido dos, la instalación de un sistema de energía solar térmica y la sustitución de la caldera de gasoil por una de biomasa. Para la instalación de energía solar térmica se han estudiado dos alternativas, un sistema sencillo termosifónico que suministre ACS y otro con más superficie de captadores, más volumen de acumulación y que, no solo suministre ACS, sino que de apoyo a la calefacción. Al realizar el estudio de la producción de ACS con estos captadores se llegó al resultado de que en verano con más de uno se producirán problemas de sobrecalentamiento por superar la energía captada el 100% de la demanda en varios meses consecutivos (de abril a septiembre). Este hecho está prohibido por el “Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura” de 2009 del IDAE. Por lo tanto la alternativa de ACS más calefacción se descartó. Se han realizado dos estudios: •Instalación de captadores térmicos para ACS. •Sustitución de la caldera de gasoil por una de biomasa. Antes de entrar en el estudio técnico se realiza una descripción de la vivienda, su ubicación y los cálculos de las necesidades energéticas. La herramienta básica que se ha utilizado es el Código Técnico de 5 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Edificación y más concretamente el Documento Básico HE de Ahorro de Energía y, por referencia, el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Para cada una de las dos opciones se sigue el mismo esquema de trabajo, en primer lugar se realiza la descripción, a continuación se dibuja el esquema de la instalación y por último se enumeran los componentes necesarios. Posteriormente se hace el estudio económico de cada una de las dos alternativas, viendo en primer lugar los costes y después los ingresos, considerando como tales el ahorro de los gastos que con esa instalación ya no habrá que realizar. Por último se analizan los resultados y se exponen las conclusiones que permitirán al cliente tomar una decisión teniendo en cuenta los pros y los contras de cada alternativa. 6 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 3 DESCRIPCIÓN DE LA VIVIENDA 3.1 EMPLAZAMIENTO La vivienda está ubicada en la provincia de Huesca, en la localidad de San Jorge, término municipal de Almudévar, en la calle Miguel de Cervantes número 4. Según su emplazamiento y la tabla 1 del Apéndice D de la Sección HE 1 Limitación de demanda energética del Documento Básico HE Ahorro de Energía, se encuentra en la zona D2. Tabla 1. Zonas climáticas (Código Técnico de la Edificación, Documento Básico HE) Capital de provincia Capital Altura de referencia Albacete D3 677 Alicante B4 7 Almería A4 0 Ávila E1 1054 Badajoz C4 168 Barcelona C2 1 Bilbao C1 214 Burgos E1 861 Cáceres C4 385 Cádiz A3 0 Castellón de la Plana B3 18 Ceuta B3 0 Ciudad Real D3 630 Córdoba B4 113 Coruña (a) C1 0 Cuenca D2 975 Donostia-San Sebastián C1 5 Girona C2 143 Granada C3 754 7 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Guadalajara D3 708 Huelva B4 50 Huesca D2 432 Jaén C4 436 León E1 346 Lleida D3 131 Logroño D2 379 Lugo D1 412 Madrid D3 589 Málaga A3 0 Melilla A3 130 Murcia B3 25 Ourense C2 327 Oviedo C1 214 Palencia D1 722 Palma de Mallorca B3 1 Palmas de Gran Canaria (las) A3 114 Pamplona D1 456 Pontevedra C1 77 Salamanca D2 770 Santa Cruz de Tenerife A3 0 Santander C1 1 Segovia D2 1013 Sevilla B4 9 Soria E1 984 Tarragona B3 1 Teruel D2 995 Toledo C4 445 Valencia B3 8 Valladolid D2 704 Vitoria-Gasteiz D1 512 Zamora D2 617 Zaragoza D3 207 8 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 3.2 DESCRIPCIÓN Se trata de una vivienda unifamiliar constituida por dos edificios anexos, la vivienda propiamente dicha y un edificio, anteriormente de usos agrícolas y ganaderos, en el que se ubica el garaje. El edificio de vivienda consta de una sola planta de 99,47 m2 distribuidos de la siguiente forma: •Salón de 25,38 m2 •Dormitorio 1 con vestidor de 16,38 m2 •Dormitorio 2 de 11,87 m2 •Cuarto de juegos de 13,29 m2 •Cuarto de baño de 4,18 m2 •Comedor de 11,69 m2 •Cocina de 9,09 m2 •Pasillo de 5,69 m2 Tiene anexo un local actualmente utilizado como cuarto de servicios en el que se encuentran la actual caldera de gasoil que suministra ACS y calefacción y el depósito de agua. Este cuarto tiene 11,17 m2 El cerramiento de las fachadas perimetrales está formado por: •Un enfoscado de mortero de cemento de 15 mm de espesor. •Un bloque de hormigón convencional de 200 mm de espesor. •Un embarrado de mortero de cemento de 20 mm de espesor. •Un bloque de hormigón convencional de 200 mm de espesor. •Un enlucido de yeso de 15 mm de espesor. 9 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 3.3.2 TRANSMITANCIAS TÉRMICAS 3.3.2.1 PARAMENTOS VERTICALES Para el cálculo de la transmitancia de la fachada se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 2: Tabla 5. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman la fachada Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Enfoscado de mortero de cemento 0,015 1,000 0,015 Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Embarrado de mortero de cemento 0,020 1,000 0,020 Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Enlucido de yeso 0,015 0,570 0,026 Rse 0,040 Rsi 0,130 La resistencia total de la fachada es: 0,738 m2K/W por lo tanto UM= 1,354 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de los tabiques interiores se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 4: Tabla 6. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman los tabiques interiores Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Enlucido de yeso 0,015 0,570 0,026 Tabique de LH sencillo 0,047 0,444 0,106 Enlucido de yeso 0,015 0,570 0,026 Rse 0,130 Rsi 0,130 16 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar La resistencia total del tabique interior es: 0,418 m2K/W por lo tanto UP= 2,390 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia del muro común del garaje con la vivienda se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 2: Tabla 7. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman el muro común de la vivienda con el garaje Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Enfoscado de mortero de cemento 0,015 1,000 0,015 Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Embarrado de mortero de cemento 0,020 1,000 0,020 Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Enlucido de yeso 0,015 0,570 0,026 Rse 0,130 Rsi 0,130 La resistencia total del muro interior es: 1,082 m2K/W por lo tanto UP= 0,924 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia del muro perimetral del garaje se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 2: 17 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Tabla 8. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman el muro perimetral del garaje Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Bloque de hormigón convencional 0,200 0,789 0,253 Rse 0,040 Rsi 0,130 La resistencia total del muro es: 0,423 m2K/W por lo tanto UM= 2,361 W/m2K. 3.3.2.2 PUERTAS Y VENTANAS Para el cálculo de la transmitancia de las ventanas se utilizarán las expresiones (6) y (5): Sus dimensiones son 1,53 x 1,40 m que supone 2,14 m2. El vidrio mide 0,52 x 0,87 m, que supone 0,45 m2 que por dos vidrios son 0,90 m2, lo que significa que el marco representa 1,24 m2. La fracción de hueco ocupada por el marco FM es 1,24/2,14 = 0,58. Las ventanas son de madera de roble (densidad media alta) y vidrio doble de 4 mm con una cámara de 9 mm. La transmitancia térmica de las ventanas es: UH = (1 – FM) UH,v + FM UH,m UH = (1 – 0,58) * 3,00 + 0,58 * 2,20 = 2,54 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la puerta principal se utilizarán las expresiones (3) y (1): Es de roble macizo de peso medio. Sus dimensiones son 1,10 x 2,20 m, que 18 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar supone 2,42 m2. Tiene un espesor de 60 mm. La resistencia de la puerta es: R = e / λ = 0,06 / 0,180 = 0,33 m2K/W y por lo tanto UH = 1 / R = 3 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la puerta de acceso al garaje se utilizarán las expresiones (3) y (1): Es de roble macizo de peso medio. Sus dimensiones son 0,91 x 2,10 m, que supone 1,91 m2. Tiene un espesor de 60 mm. La resistencia de la puerta es: R = e / λ = 0,06 / 0,180 = 0,33 m2K/W y por lo tanto UH = 1 / R = 3 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la puerta del jardín se utilizarán las expresiones (6) y (5): Su composición es como la de las ventanas y sus dimensiones son 1,83 m x 2,20 m, que supone 4,03 m2. El vidrio mide 0,88 x 1,67 m, que supone 1,47 m2, que por dos vidrios son 2,94 m2, lo cual significa que el marco representa 1,09 m2. La fracción de hueco ocupada por el marco FM es 1,09/4,03 = 0,27. La transmitancia térmica de la puerta es: UH = (1 – FM) UH,v + FM UH,m UH = (1 – 0,27) * 3,00 + 0,27 * 2,20 = 2,78 W/m2K. 19 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Para el cálculo de la transmitancia de la puerta del garaje se utilizarán las expresiones (3) y (1): Es de chapa de hierro con estructura del mismo metal. Sus dimensiones son 3,07 x 3,00 m, que supone 9,21 m2. Tiene un espesor de 4 mm. La resistencia de la puerta es: R = e / λ = 0,004 / 72 = 0,00006 m2K/W y por lo tanto UH = 1 / R = 18000 W/m2K. 3.3.2.3 SOLERAS Para el cálculo de la transmitancia de la solera se utilizarán la expresión (7) y los valores de la tabla 3 interpolados linealmente: Sobre la solera original se colocó un pavimento cerámico y sobre este, en la última reforma, un laminado con una capa de aislante de polietileno de 3 mm. Según información proporcionada por el instalador, la resistencia térmica del conjunto es: R laminado + PE = 0,08 + 0,04 = 0,12 m2K/W El área total de la solera es: A = (7,17 x 10,92) + (3,71 x 5,73) = 99,55 m2 El perímetro de la solera es: P = (7,17 + 16,65) x 2 = 47,64 m Por lo tanto la longitud característica es: B' = A/(P/2) = 99,55/23,82 = 4,18 m La transmitancia térmica de la solera es (considerando que no hay aislante por su pequeña resistencia térmica): 20 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Us = U1 + [(B' – 1) x (U5 – U1) / (5 – 1)] = = 2,35 + [3,18 x (0,85 – 2,35) / 4] = 1,16 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la solera del garaje se utilizarán la expresión (4) y los valores de la tabla 3 interpolados linealmente: Consiste en una solera de hormigón armado de 500 mm de espesor. R = 0,50/2,300 = 0,22 m2K/W El área total de la solera es: A = 4,15 x 11,42 = 47,39 m2 El perímetro de la solera es: P = (4,15 + 11,42) x 2 = 31,14 m Por lo tanto la longitud característica es: B' = A/(P/2) = 47,39/15,57 = 3,04 m La transmitancia térmica de la solera es (considerando que no hay aislante por su pequeña resistencia térmica): Us = U1 + [(B' – 1) x (U5 – U1) / (5 – 1)] = = 2,35 + [2,04 x (0,85 – 2,35) / 4] = 1,59 W/m2K. 3.3.2.4 CUBIERTAS Para el cálculo de la transmitancia del falso techo se utilizarán las expresiones (3) y (1): Está realizado con placas de yeso laminado de 30 mm de espesor. La conductividad es: 21 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar λ = 0,250 W/mK La resistencia es: R = e / λ = 0,03 / 0,250 = 0,12 m2K/W y por lo tanto UP = 1 / R = 8,33 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la cubierta se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 2: Tabla 9. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman la cubierta Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Plancha de hormigón armado 0,100 2,300 0,043 Ladrillo hueco sencillo 0,060 0,444 0,135 Teja árabe 0,015 1,000 0,015 Rse 0,040 Rsi 0,100 La resistencia total de la cubierta es: 0,334 m2K/W por lo tanto UC= 2,997 W/m2K. Para el cálculo de la transmitancia de la cubierta del garaje se utilizarán las expresiones (3), (2) y (1) y los valores de la tabla 2: 22 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Tabla 10. Cálculo de la resistencia de las distintas capas que conforman la cubierta del garaje Capa espesor (m) λ (W/mK) R=e/λ (m2K/W) Plancha de hormigón armado 0,300 2,300 0,130 Embarrado de mortero-cola 0,010 0,800 0,015 Baldosa cerámica 0,010 1,000 0,010 Rse 0,040 Rsi 0,100 La resistencia total de la cubierta es: 0,293 m2K/W por lo tanto UC= 3,414 W/m2K. 23 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 3.3.3 TEMPERATURAS DE ESPACIOS NO HABITABLES Para el cálculo de las pérdidas de calor por transmisión necesitamos saber la temperatura que tenemos a cada lado de la envolvente del edificio. En el interior se fija una temperatura de confort de 20ºC. En el exterior se toma la temperatura media de cada mes obtenidas de la Agencia Estatal de Meteorología. Con estos datos se han elaborado las tablas siguientes: Tabla 11. Flujos de calor en el garaje GARAJE Cerramiento Superficie Transmitancia Ui x SiUe x Se Puerta exterior 9,21 m218000 W/m2K 165780 W/K Puerta vivienda 1,91 m23 W/m2K 5,730 W/K Muro exterior 49,95 m22,361 W/m2K 117,950 W/K Muro vivenda 32,35 m20,924 W/m2K 29,905 W/K Suelo 47,39 m21,59 W/m2K 75,350 W/K Cubierta 47,39 m23,414 W/m2K 161,777 W/K SUMAS: 35,635 W/K 166135,077 W/K Tabla 12. Flujos de calor en la cubierta CUBIERTA Cerramiento Superficie Transmitancia Ui x SiUe x Se Falso techo 99,55 m28,33 W/m2K 829,252 W/K Cubierta 114,73 m22,997 W/m2K 343,901 W/K Muro exterior 4,51 m21,354 W/m2K 6,109 W/K SUMAS: 829,252 W/K 350,010 W/K 24 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Tabla 13. Flujos de calor en el cuarto de servicios CUARTO DE SERVICIOS Cerramiento Superficie Transmitancia Ui x SiUe x Se Falso techo 11,20 m28,33 W/m2K 93,296 W/K Muro exterior 27,36 m21,354 W/m2K 37,059 W/K Suelo 11,20 m21,16 W/m2K 12,9928 W/K Puerta 1,89 m23 W/m2K 5,670 W/K Tabique vivienda 11,13 m22,390 W/m2K 26,596 W/K SUMAS: 119,892 W/K 60,606 W/K Para realizar la siguiente tabla se ha utilizado la expresión (7) que se obtiene al realizar un balance de energía a los espacios no habitables, igualando el calor que se transmite desde los espacios habitables, que tienen mayor temperatura (9), al calor que se transmite al exterior desde estos espacios no habitables que tienen una temperatura mayor que el exterior (8) y despejando la temperatura de estos últimos que es el dato que se quiere obtener. Tabla 14. Temperaturas de los espacios no habitables Mes teTª Garaje Tª Cubierta Tª C. de servicios Noviembre 8,7º C 8,7º C 16,6º C 14,6º C Diciembre 5,3º C 6,3º C 15,6º C 13,0º C Enero 4,7º C 5,8º C 15,5º C 12,7º C Febrero 6,7º C 7,6º C 16,1º C 13,7º C Marzo 9,0º C 9,8º C 16,7º C 14,8º C Abril 11,3º C 11,9º C 17,4º C 15,9º C 25 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 4 INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA PRODUCCIÓN DE ACS 4.1 DESCRIPCIÓN Para la producción de agua caliente sanitaria con energía solar se ha optado por un equipo termosifónico. Se ha elegido el DS-compact Inox 1.150 de Domusa de entre los demás modelos del mercado considerados por su relación prestaciones – precio. El funcionamiento de estos equipos es por convección natural, debida a las diferencias de densidad entre el fluido caloportador frío y caliente. Conforme se va calentando en el captador el fluido disminuye su densidad y va subiendo. Cuando llega al acumulador, como este tiene en su interior un intercambiador de calor, cede parte de su calor al agua y, al enfriarse, aumenta su densidad y entonces desciende hasta la parte inferior del captador en donde comienza a calentarse de nuevo. Las principales ventajas de este sistema son las siguientes: •La velocidad de intercambio térmico es proporcional a la diferencia de temperatura entre el acumulador y los captadores. •La circulación se autorregula. •Montaje rápido y económico. •Ausencia de bombas de circulación, centralitas y sondas, lo que los hace enormemente fiables. •Están prácticamente libres de mantenimiento. •La inversión inicial es relativamente pequeña. 32 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 4.2 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN Para el cálculo del aporte solar se utilizará el método f-Chart, que está ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente exacto para un periodo de tiempo largo. Permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su contribución a la aportación decalor total necesario para cubrir la carga térmica, y de su rendimiento medio en un determinado periodo de tiempo. Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos. El proceso de cálculo aquí planteado está tomado del libro de Pedro Rufes Martínez “Energía solar térmica”. El método consiste en obtener, a partir de una serie de correlaciones experimentales, la cobertura solar de la instalación, es decir, el porcentaje de demanda energética que se puede llegar a cubrir con aportación solar. Este porcentaje puede obtenerse a partir del cálculo previo de la superficie colectora y del volumen de acumulación de la instalación. El método f-Chart es adecuado para el diseño de una instalación, permitiendo conocer de forma precisa las condiciones de funcionamiento mensuales de la instalación. Método de cálculo: El objetivo de este proceso de cálculo es determinar la cobertura solar anual, para ello se utiliza la expresión: Cobertura sola r anual= Σ Qu/ Σ E AC S (12) Para realizar este cálculo es preciso determinar la energía útil captada cada mes, Qu, según: Qu= f E AC S (13) 33 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Para aplicar esta expresión hay que conocer previamente el valor de la fracción de la energía mensual de calentamiento aportada por el sistema solar, f, a través de la expresión: f=1,029 D1–0,065 D2−0,245D1 2+0,0018 D2 2+0,0215D1 3(14) Esta expresión plantea dos incógnitas, D1 y D2, por un lado se calcula D1 que es la relación entre la energía absorbida por el captador y la energía mensual de calentamiento: D1= E a/ E AC S (15) Para esto es preciso determinar la energía absorbida por los captadores, Ea según la expresión: E a= E iAc N F ' r (tα)n(16) donde N es el número de días del mes, Ei es la energía incidente sobre la superficie del captador por metro cuadrado y por día, Ac es el área de los captadores y F'r (τα)n es un factor adimensional que viene dado por la siguiente expresión: F ' r (tα)n=F r (tα)n K α t F ' r /F r (17) donde Fr (τα)n es el factor de eficiencia óptica del captador, lo proporciona el fabricante, Kατ es el modificador del ángulo de incidencia de la radiación solar, se le da un valor de 0,94 y F'r / Fr es el factor de corrección del conjunto captador-intercambiador, se recomienda tomar un valor de 0,95. Para despejar la expresión 16 se calcula la energía incidente Ei según la expresión: E i= H k (18) 34 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar donde H es la energía media diaria incidente sobre una superficie horizontal por metro cuadrado, se obtiene de la tabla 29 y k es el factor de inclinación según el ángulo elegido y la latitud del lugar, se obtiene de la tabla 28. Tabla 28. Factor de corrección k para superficies inclinadas. (Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura. IDAE) LATITUD = 42º Incli. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 0111111111111 5 1,08 1,06 1,05 1,03 1,02 1,02 1,02 1,04 1,06 1,08 1,09 1,09 10 1,15 1,2 1,09 1,06 1,04 1,03 1,04 1,06 1,11 1,15 1,18 1,17 15 1,21 1,17 1,13 1,08 1,04 1,03 1,04 1,09 1,15 1,22 1,26 1,25 20 1,27 1,21 1,15 1,09 1,04 1,03 1,05 1,1 1,18 1,28 1,34 1,32 25 1,32 1,25 1,17 1,09 1,04 1,01 1,04 1,1 1,21 1,33 1,4 1,38 30 1,36 1,28 1,19 1,09 1,02 1 1,02 1,1 1,23 1,37 1,46 1,44 35 1,39 1,3 1,19 1,08 1 0,97 1 1,09 1,23 1,4 1,51 1,48 40 1,42 1,31 1,19 1,06 0,97 0,94 0,97 1,08 1,24 1,42 1,54 1,52 45 1,43 1,32 1,18 1,04 0,94 0,9 0,94 1,05 1,23 1,43 1,57 1,54 50 1,44 1,31 1,16 1 0,89 0,86 0,9 1,02 1,21 1,44 1,59 1,56 55 1,44 1,3 1,13 0,97 0,85 0,8 0,85 0,98 1,19 1,43 1,59 1,57 60 1,43 1,28 1,1 0,92 0,79 0,75 0,8 0,93 1,15 1,41 1,59 1,57 65 1,41 1,25 1,06 0,87 0,74 0,69 0,74 0,88 1,11 1,39 1,57 1,55 70 1,38 1,21 1,01 0,81 0,67 0,62 0,67 0,82 1,07 1,35 1,55 1,53 75 1,35 1,17 0,96 0,75 0,6 0,55 0,6 0,76 1,01 1,31 1,52 1,5 80 1,3 1,12 0,9 0,68 0,53 0,48 0,53 0,69 0,95 1,25 1,47 1,46 85 1,25 1,06 0,83 0,61 0,46 0,4 0,46 0,62 0,88 1,19 1,42 1,41 90 1,19 1 0,76 0,54 0,38 0,32 0,38 0,54 0,81 1,12 1,36 1,35 35 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Tabla 29. Energía en megajulios que incide sobre un metro cuadrado de superficie horizontal en un día medio de cada mes. (Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC AÑO Huesca 6,1 9,6 14,3 18,7 20,3 22,1 23,1 20,9 16,9 11,3 7,2 5,1 14,6 Para la expresión 16 todavía falta determinar el valor de la superficie de captadores, Ac, mediante la siguiente expresión: Ac=(QDIARIA f )/( H 0η)(19) donde QDIARIA es el valor medio anual de la demanda energética diaria (MJ/día) de la tabla 27, f es la fracción solar para la que se tomará un valor de 0,3, H0 es el valor medio anual de la energía diaria que incide sobre una superficie horizontal (MJ/m2 día) (ver tabla 29) y η es el rendimiento de la instalación, de forma aproximada se tomará 0,5. Se redondea a un valor correspondiente a un número entero de captadores. Si la contribución resultante fuese inferior al 50%, que es lo que marca el DB HE 4 para la zona climática en la que se encuentra la vivienda, debería recalcularse de nuevo aumentando el número de captadores. Por otro lado, para calcular D2, que expresa la relación entre las pérdidas de energía en el captador para una determinada temperatura (100ºC) y la energía de calentamiento durante un mes se utiliza la expresión: D2 = E p / E AC S (20) donde Ep es la energía perdida por el captador y se determina a través de la siguiente expresión: E p =AcF ' r UL(100 –t a)Δt K 1 K 2(21) donde Ac es la superficie de los captadores en m2, ta es la temperatura media 36 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar mensual del ambiente durante las horas diurnas que se toma de la tabla 30, Δt es el periodo de tiempo considerado en segundos, K1 es un factor de corrección por almacenamiento, K2 es un factor de corrección para ACS relaciona la temperatura mínima de ACS, la del agua de la red y la media mensual del ambiente y F'r U L es el producto de la pendiente de la curva característica del captador por el factor de corrección del conjunto captadorintercambiador: F ' r UL=F r UL(F ' r /F r )(22) donde Fr U L es la pendiente de la curva característica del captador (coeficiente global de pérdidas del captador) y (F'r /Fr) es el factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. Para el cálculo de K1 se utilizará la siguiente expresión: K1=[Vac/(75 Ac)]−0,25 (23) donde Vac es el volumen de agua almacenada en el acumulador en litros y Ac es el área total de los captadores. Además, el Pliego de Condiciones Técnicas de las Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE, apartado 3 Criterios generales de diseño, exige que se cumpla que: 18<Vac/Ac<180 (24) Para el cálculo de K2 se utilizará la siguiente expresión: K 2=(11,6+1,18tac+3,86 T i–2,32ta)/(100−ta)(25) donde tac es la temperatura mínima requerida de ACS, Ti es la temperatura del agua de red que se toma de la tabla 26 y ta es la temperatura media mensual del ambiente durante las horas diurnas que se toma de la tabla 30. 37 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Tabla 30. Temperatura ambiente media durante las horas de sol. (UNE 94003) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Huesca 4,7 6,7 9 11,3 15,3 19,5 23,3 22,7 19,7 14,6 8,7 5,3 Aplicación del método a la vivienda unifamiliar: Para llevar a cabo los cálculos se procede en orden inverso calculando las variables para las cuales ya disponemos de todos lo datos. Con la expresión 19 se hace una aproximación al área necesaria de captadores: Ac = (17,89 x 0,3) / (14,6 x 0,5) = 0,735 m2 Aproximamos a un captador que tiene un área de 1,9 m2 Según el Pliego de Condiciones Técnicas de las Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE, apartado 3 Criterios generales de diseño, el volumen de acumulación debe ser aproximadamente igual al de la demanda diaria. En este caso se selecciona el equipo que más se aproxima a este valor, el que tiene un volumen de acumulación de 150 L. Este equipo sólamente tiene la versión con un captador. Se comprueba la relación entre el volumen de acumulación y la superficie de captación: 150 L / 1,9 m2 = 78,95 Este valor cumple el requisito de (24): 18 < 78,95 < 180 que impone el Pliego de Condiciones Técnicas. Con la expresión (23) se calcula el factor de corrección por almacenamiento, K1 38 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar K1 = [150 L / (75 x 1,9 m2)]-0,25 = 0,99 Con la expresión (25) se calcula el factor de corrección para ACS, K2 Tabla 31. Cálculo de K2 Mes tac TitaK2 Enero 60ºC 7ºC 7ºC 1,002 Febrero 60ºC 8ºC 8ºC 1,030 Marzo 60ºC 10ºC 12ºC 1,059 Abril 60ºC 11ºC 15ºC 1,060 Mayo 60ºC 14ºC 18ºC 1,155 Junio 60ºC 16ºC 22ºC 1,194 Julio 60ºC 19ºC 25ºC 1,303 Agosto 60ºC 18ºC 25ºC 1,252 Septiembre 60ºC 17ºC 21ºC 1,257 Octubre 60ºC 13ºC 16ºC 1,136 Noviembre 60ºC 9ºC 11ºC 1,029 Diciembre 60ºC 7ºC 7ºC 1,002 Con la expresión (22) se calcula el producto F'r UL F'r UL = 4,999 W/m2K x 0,95 = 4,75 Con la expresión (21) se calcula la energía perdida por el captador, Ep Tabla 32. Cálculo de Ep Mes AcF'r ULtaΔtK 1K2Ep Enero 1,9 m24,75 7ºC 2678400 0,99 1,002 2223,26 Febrero 1,9 m24,75 8ºC 2419200 0,99 1,030 2041,29 Marzo 1,9 m24,75 12ºC 2678400 0,99 1,059 2222,78 Abril 1,9 m24,75 15ºC 2592000 0,99 1,060 2079,5 Mayo 1,9 m24,75 18ºC 2678400 0,99 1,155 2259,05 Junio 1,9 m24,75 22ºC 2592000 0,99 1,194 2150,15 39 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Julio 1,9 m24,75 25ºC 2678400 0,99 1,303 2332,06 Agosto 1,9 m24,75 25ºC 2678400 0,99 1,252 2239,96 Septiembre 1,9 m24,75 21ºC 2592000 0,99 1,257 2292,85 Octubre 1,9 m24,75 16ºC 2678400 0,99 1,136 2277,66 Noviembre 1,9 m24,75 11ºC 2592000 0,99 1,029 2115,51 Diciembre 1,9 m24,75 7ºC 2678400 0,99 1,002 2223,26 Con la expresión (17) se calcula F'r (τα)n = 0,751 x 0,94 x 0,95 = 0,67 Con las tablas 28 y 29, y con las expresiónes (16) y (18) se calcula la energía absorbida por el captador en un mes, Ea Tabla 33. Cálculo de Ea Mes AcF'r (tα)nHk E iN (días) Ea Enero 1,9 m20,67 6,1 1,42 8,66 31 342,16 Febrero 1,9 m20,67 9,6 1,31 12,58 28 448,69 Marzo 1,9 m20,67 14,3 1,19 17,02 31 672,19 Abril 1,9 m20,67 18,7 1,06 19,82 30 757,73 Mayo 1,9 m20,67 20,3 0,97 19,69 31 777,81 Junio 1,9 m20,67 22,1 0,94 20,77 30 794,12 Julio 1,9 m20,67 23,1 0,97 22,41 31 885,1 Agosto 1,9 m20,67 20,9 1,08 22,57 31 891,61 Septiembre 1,9 m20,67 16,9 1,24 20,96 30 801,08 Octubre 1,9 m20,67 11,3 1,42 16,05 31 633,83 Noviembre 1,9 m20,67 7,2 1,54 11,88 30 423,86 Diciembre 1,9 m20,67 5,1 1,52 7,75 31 306,21 40 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Con las expresiónes (13), (14), (15) y (20) se calcula la relación entre la energía absorbida por el captador y la demanda energética en un mes, D1, la relación entre las pérdidas de energía en el captador y la demanda energética en un mes, D2, la fracción solar, f y la energía útil captada cada mes, Qu Tabla 34. Cálculo del factor solar y la energía útil Mes EaEpEACS D1D2fQu Enero 342,16 2223,26 618,09 0,554 3,597 0,2877 177,81 Febrero 448,69 2041,29 547,75 0,819 3,727 0,4731 259,13 Marzo 672,19 2222,78 583,11 1,153 3,812 0,6719 391,81 Abril 757,73 2079,5 553,01 1,370 3,760 0,7863 434,83 Mayo 777,81 2259,05 536,46 1,450 4,211 0,8006 429,51 Junio 794,12 2150,15 496,58 1,599 4,330 0,8592 426,68 Julio 885,1 2332,06 478,15 1,851 4,877 0,9274 443,45 Agosto 891,61 2239,96 489,81 1,820 4,573 0,9314 456,19 Septiembre 801,08 2292,85 485,29 1,651 4,725 0,8608 417,73 Octubre 633,83 2277,66 548,12 1,156 4,155 0,6565 359,85 Noviembre 423,86 2115,51 575,59 0,736 3,675 0,4189 241,11 Diciembre 306,21 2223,26 618,09 0,495 3,597 0,2417 149,42 TOTAL 7734,38 26457,31 6530,08 4187,54 Con los valores de la tabla 34 y la expresión (12) obtenemos la cobertura solar anual: f anual = 4187,54 / 6530,08 = 0,6413 =64,13% valor que está por encima del 50% que marca el DB HE 4 para la zona climática en la que se encuentra la vivienda. 41 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 2,57 m2. La salida de humos tiene un diámetro de 150 mm. Pesa 140 kg en vacío. El contenido de agua es de 35 L. Suministra un caudal de ACS con un salto térmico de 40ºC de 7 L / min. La presión de prueba es de 4,5 bar y la máxima de trabajo de 2 bar. 48 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 5.2 CÁLCULOS El aporte de energía de la biomasa tiene que ser el mismo que hoy está aportando la caldera de gasoil y este se encuentra resumido en las tablas 25 y 27. Es 109225,77 MJ + 6530,08 MJ = 115755,85 MJ al año. Se va a suponer que el 75% de la energía aportada procederá de los pelllet y el 25% restante de la leña. El fabricante nos da como dato que la eficiencia trabajando con pellet es del 91,54% y con leña es del 84,7% ambas sobre el PCI. El poder calorífico inferior de los pellet es 18,83 MJ/kg según el proveedor y el de la leña es 15,48 MJ/kg para maderas duras como haya y roble que son las que recomienda el fabricante de la caldera. Para calcular los kilogramos de combustible necesarios al año se dividirá la energía total necesaria, Et entre el PCI. Para calcular la energía total necesaria se divide la energía útil, Eu entre la eficiencia de la caldera. Se calcularán las necesidades de combustible con y sin considerar el aporte solar determinado en el apartado anterior para disponer de estos datos cuando se haga el estudio de cuál es la ópción más interesante. Tabla 35. Necesidades anuales de combustibles Con aporte solar Sin aporte solar Pellet Leña Pellet Leña Energía útil 83676,23 MJ 27892,08 MJ 86816,89 MJ 28938,96 MJ Energía total 91409,48 MJ 32930,43 MJ 94840,38 MJ 34166,43 MJ Cantidad combust. 4854,98 kg 2127,29 kg 5037,20 kg 2207,13 kg 49 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 5.3 ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN En la figura 3 se muestra el esquema de esta caldera. Figura 3. Esquema de la caldera Caldea 50 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar El quemador está construido con un sistema patentado exclusivo que confiere a las paredes interiores una superficie de intercambio ondulada que hace que se triplique esta superficie, aumentando el rendimiento y obteniendo una combustión controlada y prolongada. Está equipada con “CaldoControl”, un sistema patentado de regulación y control automático de la combustión que optimiza el consumo de leña, de manera que sólo quema la cantidad necesaria para alcanzar la temperatura requerida. Se evita así el consumo innecesario de combustible, disminuyendo los costes y aumentando la autonomía de una carga de leña. Caldea viene equipada de serie con el conjunto hidráulico de vaso cerrado, ya montado y probado con producción de agua caliente y dos intercambiadores de enfriamiento que controlan y ajustan la temperatura del agua en caso de corte de corriente. Con el funcionamiento a pellet se puede controlar a través del sistema electrónico de control la potencia entre un mínimo de 1 kW y un máximo de 22,89 kW. Dispone de encendido automático que se puede programar semanalmente a través del contol electrónico. El quemador de pellet dispone carga inferior y dosificador, de manera que la cantidad de pellet alimentada sea siempre la exacta para un llenado y combustión ideales. 51 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 5.4 COMPONENTES 5.4.1 CUBREPLACA En la figura 3 con el número 1. Sólo está disponible en la versión Lujo. Realizada con un elegante diseño, la cubierta que da acceso a la práctica placa radiante. 5.4.2 PLACA RADIANTE En la figura 3 con el número 2. En hierro fundido, utilizable tanto para cocinar como para calentar platos. Permite su extracción para la limpieza. 5.4.3 HORNO DE TERRACOTA En la figura 3 con el número 3. Horno tradicional realizado con un material económico y resistente. 5.4.4 SISTEMA ONDULING En la figura 3 con el número 4. Superficie de intercambio térmico ondulada. 5.4.5 HOGAR En la figura 3 con el número 5. 52 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Amplio, convertible con un sencillo desplazamiento de la rejilla para la alimentación con leña o con pellet. Se puede utilizar también para cocinar. 5.4.6 CAJÓN DE CENIZAS En la figura 3 con el número 6. Frontal y extraible para una mayor comodidad y limpieza. Recoje la ceniza producida por la combustión de los pellet y de la leña y permite igualmente regular la entrada de aire de combustión. 5.4.7 VÁLVULA DE HUMOS MANUAL En la figura 3 con el número 7. Optimiza la combustión y reduce los consumos. 5.4.8 INTERCAMBIADOR DE ENFRIAMIENTO En la figura 3 con el número 8. Realizado en cobre, garantiza la seguridad controlando la temperatura del agua y asegura la salida del calor, incluso en caso de corte de suministro eléctrico. 5.4.9 CONJUNTO HIDRÁULICO En la figura 3 con el número 9. 53 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Ensamblado y probado para garantizar el funcionamiento y ahorrar costes imprevistos. Consta de los siguientes elementos: •Válvula de seguridad de descarga térmica. •Válvula de seguridad de 2,5 a 3,5 bares. •Bomba para la calefacción y el agua caliente sanitaria. •Controlador de caudal de agua (fluxostato). •Grupo de carga. •Vaso de expansión cerrado. •Válvula de desaireación. •Válvula de derivación. •Reductor de presión. 5.4.10 AISLAMIENTO En la figura 3 con el número 10. Realizado en lana de roca, evita la transmisión del calor y aumenta el rendimiento de la caldera. 5.4.11 INTERCAMBIADOR DE PLACAS En la figura 3 con el número 11. 54 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Proporciona instantáneamente agua caliente sanitaria. 5.4.12 PANEL DE MANDOS En la figura 3 con el número 12. Termostatos, interruptores, termómetros, instrumentos de control; este panel permite controlar la instalación con una alta garantía de seguridad. El panel de mandos electrónico simplificado gestiona el funcionamiento de la caldera tanto en modo leña como pellet. Gracias al cronotermostato incorporado, el control regula automáticamente el encendido y la parada del pellet si es necesario incluso cuando la leña se agota (solicitado por el termostato de la caldera). Por medio del sensor de nivel mínimo colocado en el depósito de pellet y de otro suplementario, el control emite una señal acústica cuando los pellet están a punto de acabarse. Es capaz de controlar la temperatura del agua de eventuales sistemas de acumulación y efectúa un chequeo completo de los componentes incluso si la caldera está apagada. 5.4.13 ANTICONDENSACIÓN En la figura 3 con el número 13. Evita la formación de condensación y de incrustaciones para una mayor eficacia y rendimiento constante en el tiempo. 5.4.14 CALDOCONTROL En la figura 3 con el número 14. Regulación automática de la combustión. 55 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 6 ESTUDIO ECONÓMICO 6.1 INSTALACIÓN PARA ACS 6.1.1 COSTES Los costes de la instalación de agua caliente sanitaria con energía solar incluyen por un lado, los costes de inversión que son los de la instalación propiamente dicha y por otro los de su funcionamiento que incluirían los de operación y mantenimiento pero en este caso no hay costes de operación. Los costes de la instalación se resumen en la siguiente tabla: Tabla 36. Costes de instalación de ACS Elemento Unidades Precio unitario Total DS-compact Inox 1.150 Domusa 1 1754 1754 Líquido anticongelante 5L 1 35 35 Vaso expansión ACS 8L 1 51 51 Válvula de seguridad ACS 1 8 8 Oficial primera 6 20 120 Ayudante 6 18 108 Peón 3 15 45 Pequeño material de fontanería 1 150 150 TOTAL 2271 TOTAL IVA INCLUIDO 2.679,78 € Los costes de funcionamiento se limitan al mantenimiento de la instalación. Aunque el instalador dispone de un contrato de mantenimiento de 50 € al año IVA incluido, las operaciones de mantenimiento que hay que realizar son tan sumamente sencillas que un usuario un poco habilidoso y con tiempo las puede llevar a cabo, esto reduce el costo de mantenimiento a 15 € al año. En el apartado del estudio económico se verán ambas opciones. 56 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 6.1.2 AHORROS El ahorro que se obtiene con esta instalación es el del aporte energético solar: 4187,54 MJ y teniendo en cuenta el poder calorífico neto que se obtiene de la caldera (38,13 MJ/L de gasoil) supone un ahorro de 109,82 L de gasoil al año. 57 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Figura 7. Variación de la TIR con el incremento de los precios del gasoil y del mantenimiento y operación En la figura 7 el interés del plazo fijo se ha dejado constante en el 3% y se han variado simultáneamente los del gasoil y los gastos de mantenimiento y operación desde el 3% hasta el 10%. Se han realizado los cálculos para otras series dejando fijo el interés del plazo fijo y variando simultáneamente el precio del gasoil y los gastos de mantenimiento y operación y se ha observado que las TIR obtenidas eran invariables. En la figura 8 se ha dejado fijo el incremento de los gastos de mantenimiento y operación en el 3% y se han variado simultáneamente el interés del plazo fijo y el incremento del precio del gasoil. Se observa que la figura 8 es igual que la figura 3. 64 -5 0 5 10 15 20 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 DOMUSA CALDEA CALDEA+DOMUSA TIR Incremento del precio del gasoil Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar Figura 8. Variación de la TIR con el incremento de los precios del gasoil y del interés del plazo fijo El otro parámetro que se debe estudiar es el de las posibles ayudas que se puedan recibir. El IDAE otorga ayudas directas, es decir a fondo perdido, a través de las Comunidades Autónomas dentro del “Plan de Acción 2008-2012 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (E4)” y se gestionan de forma compartida con las CC.AA. a través de sendos convenios establecidos entre el IDAE y cada Comunidad Autónoma. El Gobierno de Aragón, en su reunión del día 26 de julio de 2005, a propuesta del Consejero de Industria, Comercio y Turismo, adptó en Acuerdo por el que se aprobó el Plan Energético de Aragón 2005-2012. Para alcanzar los objetivos de dicho Plan se aprobó el Decreto 216/2005 por el que se establecen subvenciones para la promoción de las energías renovables. A través de la Orden de 26 de octubre de 2010 se efectúa la convocatoria para el año 2011 para la concesión de las citadas subvenciones. Aunque el plazo para las solicitudes terminó en dicembre pasado es de esperar que en breve 65 -5 0 5 10 15 20 25 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 DOMUSA CALDEA CALDEA+DOMUSA TIR Incremento del precio del gasoil Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar salga la convocatoria de ayudas para el próximo año en unas condiciones semejantes a las de años anteriores. Para sistemas prefabricados como es el que se propone para ACS, 812€/m2 que supone 1542,8€. Si se descuenta esta cantidad del coste de la instalación y se repiten los cálculos en las mismas condiciones de la figura 4, se obtiene la gráfica representada en la figura 9. Figura 9. Variación de la TIR con el incremento del precio del gasoil con subvención para la energía solar En la figura 9 se puede apreciar como la forma de la representación es la misma que en la 4 pero desplazándose los datos de la instalación solar a la parte positiva de la gráfica. 66 4 6 8 10121416182022 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 DOMUSA CALDEA CALDEA+DOMUSA TIR Incremento del precio del gasoil Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar 8 CONCLUSIONES En el proyecto se ha realizado el estudio de las necesidades energéticas de una vivienda unifamiliar y con estos datos el estudio de viabilidad técnica y dimensionamiento de una instalación solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria y de una caldera de biomasa. Posteriormente se ha realizado el estudio económico de ambas opciones y el análisis de estos resultados. En la primera parte se ha determinado que las necesidades energéticas anuales de la vivienda para calefacción y ACS son 115755,85 MJ al año. En segundo lugar se ha dimensionado la instalación solar y el resultado es que con una placa de 1,9 m2 y un depósito acumulador de 150 L se consigue cubrir el 64,13% de las necesidades anuales de ACS. En tercer lugar se ha visto que con la caldera de biomasa propuesta, que rinde una potencia de hasta 25000 kW, se pueden cubrir las necesidades totales de la vivienda incluso sin aporte de energía solar. En el apartado de análisis de resultados se ha demostrado que la influencia del crecimiento del precio del gasoil es determinante en el plazo de amortización de las inversiones y por tanto en su rentabilidad. Como conclusión más obvia, como se ve en las gráficas de la variación de la TIR, con la subvención y una previsión de que el gasoil suba un 1% su precio más rápido que la biomasa y la leña, las tres opciones son rentables tomando como dato de inversión segura a largo plazo las “Obligaciones del Tesoro” a 15 años tenemos un interés del 6,191%. Por otro lado hay que dejar claro que en estos supuestos no se ha considerado en ningún caso el coste de la caldera de gasoil porque es un equipamiento presente. Si esta circunstancia no se hubiera dado, la 67 Estudio tecnico-económico para la integración de energías renovables en una vivienda unifamliar subvención no hubiera sido necesaria para valorar como rentable la instalación solar, incluso con un incremento del precio del gasoil igual al de la biomasa. Visto todo lo anterior, se recomienda la instalación de los dos equipamientos si hay disponibilidad financiera pues se pueden considerar una buena inversión ya que se puede esperar de ambos equipamientos una vida útil superior a su periodo de amortización. El trabajo realizado en este proyecto tiene además dos aspectos adicionales a considerar, por un lado la posibilidad de llevarlo a cabo en la práctica y por otro lado abre la puerta para una posible continuación buscando soluciones para la limitación en la superficie de los captadores y consecuentemente en el volumen de acumulación. 68